中科三博煤質(zhì)化驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)資料,站長分享- 煤的發(fā)熱量(對應(yīng)設(shè)備:量熱儀/熱量計(jì))
煤的發(fā)熱量,又稱為煤的熱值,即單位質(zhì)量的煤完全燃燒所發(fā)出的熱量。
煤的發(fā)熱量時(shí)煤按熱值計(jì)價(jià)的基礎(chǔ)指標(biāo)。煤作為動力燃料,主要是利用煤的發(fā)熱量,發(fā)熱量愈高,其經(jīng)濟(jì)價(jià)值愈大。同時(shí)發(fā)熱量也是計(jì)算熱平衡、熱效率和煤耗的依據(jù),以及鍋爐設(shè)計(jì)的參數(shù)。
煤的發(fā)熱量表征了煤的變質(zhì)程度(煤化度),這里所說的煤的發(fā)熱量,是指用1.4比重液分選后的浮煤的發(fā)熱量(或灰分不超過10%的原煤的發(fā)熱量)。成煤時(shí)代最晚煤化程度最低的泥炭發(fā)熱量最低,一般為20.9~25.1MJ/Kg,成煤早于泥炭的褐煤發(fā)熱量增高到25~31MJ/Kg,煙煤發(fā)熱量繼續(xù)增高,到焦煤和瘦煤時(shí),碳含量雖然增加了,但由于揮發(fā)分的減少,特別是其中氫含量比煙煤低的多,有的低于1%,相當(dāng)于煙煤的1/6,所以發(fā)熱量最高的煤還是煙煤中的某些煤種。
鑒于低煤化度煤的發(fā)熱量,隨煤化度的變化較大,所以,一些國家常用煤的恒濕無灰基高位發(fā)熱量作為區(qū)分低煤化度煤類別的指標(biāo)。我國采用煤的恒濕無灰基高位發(fā)熱量來劃分褐煤和長焰煤。
?。?)發(fā)熱量的單位
熱量的表示單位主要有焦耳(J)、卡(cal)和英制熱量單位Btu。
焦耳,是能量單位。1焦耳等于1牛頓(N)力在力的方向上通過1米的位移所做的功。
1J=1N×0J
1MJ=1000KJ
焦耳時(shí)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)所采用的熱量單位,也是我國1984年頒布的,1986年7月1日實(shí)施的法定計(jì)量熱量的單位。煤的熱量表示單位:
J/g、KJ/g、MJ/Kg
卡(cal)是我國建國后長期采用的一種熱量單位。1cal是指1g純水從19.5C加熱到20.5C時(shí)所吸收的熱量。
歐美一些國家多采用15Ccal,即1g純水從14.5C加熱到15.5C時(shí)所吸收的熱量。
1cal(20Ccal)=4.1816J
1cal(15Ccal)=4.1855J
1956年倫敦第誤解蒸汽性質(zhì)國際會議上通過的國際蒸汽表卡的溫度比15Ccal還低,其定義如下:
1cal==4.1866J
從上看出,15Ccal中,每卡所含熱能比20Ccal還高。
英、美等國家目前仍采用英制熱量單位(Btu),其定義是:1磅純水從32F加熱到212F時(shí),所需熱量的1/180。
焦耳、卡、Btu之間的關(guān)系
1Btu=1055.79J(≈1.055×1000J)
1J=9471.58×10的負(fù)7次方Btu
20Ccal/g與Btu/1b的換算公式:
因?yàn)?Btu=1055.79J,1B=453.6g
所以1Btu/1b=1/1.8cal/g
1cal/g=1.8Btu/1b
由于cal/g的熱值表示因15Ccal或20Ccal等的不同而不同,所以國際貿(mào)易和科學(xué)交往中,尤其是采用進(jìn)口苯甲酸(標(biāo)明其cal/g)作為熱量計(jì)的熱容量標(biāo)定時(shí),一定要了解是什莫溫度(C)或條件下的熱值(cal/g),否則將會對燃燒的熱值產(chǎn)生系統(tǒng)偏高或偏低。
為了使熱量單位在國內(nèi)外統(tǒng)一,不須以J取代cal作為煤的發(fā)熱量表示單位。
?。?)煤的各種發(fā)熱量名稱的含義
a.煤的彈筒發(fā)熱量(Qb)
煤的彈筒發(fā)熱量,是單位質(zhì)量的煤樣在熱量計(jì)的彈筒內(nèi),在過量高壓氧(25~35個(gè)大氣壓左右)中燃燒后產(chǎn)生的熱量(燃燒產(chǎn)物的最終溫度規(guī)定為25C)。
由于煤樣是在高壓氧氣的彈筒里燃燒的,因此發(fā)生了煤在空氣中燃燒時(shí)不能進(jìn)行的熱化學(xué)反應(yīng)。如:煤中氮以及充氧氣前彈筒內(nèi)空氣中的氮,在空氣中燃燒時(shí),一般呈氣態(tài)氮逸出,而在彈筒中燃燒時(shí)卻生成N2O5或NO2等氮氧化合物。這些氮氧化合物溶于彈筒稅種生成硝酸,這一化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)。另外,煤中可燃硫在空氣中燃燒時(shí)生成SO2氣體逸出,而在彈筒中燃燒時(shí)卻氧化成SO3,SO3溶于彈筒水中生成硫酸。SO2、SO3,以及H2SO4溶于水生成硫酸水化物都是放熱反應(yīng)。所以,煤的彈筒發(fā)熱量要高于煤在空氣中、工業(yè)鍋爐中燃燒是實(shí)際產(chǎn)生的熱量。為此,實(shí)際中要把彈筒發(fā)熱量折算成符合煤在空氣中燃燒的發(fā)熱量。
b.煤的高位發(fā)熱量(Qgr)
煤的高位發(fā)熱量,即煤在空氣中大氣壓條件下燃燒后所產(chǎn)生的熱量。實(shí)際上是由實(shí)驗(yàn)室中測得的煤的彈筒發(fā)熱量減去硫酸和硝酸生成熱后得到的熱量。
應(yīng)該指出的是,煤的彈筒發(fā)熱量是在恒容(彈筒內(nèi)煤樣燃燒室容積不變)條件下測得的,所以又叫恒容彈筒發(fā)熱量。由恒容彈筒發(fā)熱量折算出來的高位發(fā)熱量又稱為恒容高位發(fā)熱量。而煤在空氣中大氣壓下燃燒的條件濕恒壓的(大氣壓不變),其高位發(fā)熱量濕恒壓高位發(fā)熱量。恒容高位發(fā)熱量和恒壓高位發(fā)熱量兩者之間是有差別的。一般恒容高位發(fā)熱量比恒壓高位發(fā)熱量低8.4~20.9J/g,實(shí)際中當(dāng)要求精度不高時(shí),一般不予校正。
c.煤的低位發(fā)熱量(Qnet)
煤的低位發(fā)熱量,是指煤在空氣中大氣壓條件下燃燒后產(chǎn)生的熱量,扣除煤中水分(煤中有機(jī)質(zhì)中的氫燃燒后生成的氧化水,以及煤中的游離水和化合水)的汽化熱(蒸發(fā)熱),剩下的實(shí)際可以使用的熱量。
同樣,實(shí)際上由恒容高位發(fā)熱量算出的低位發(fā)熱量,也叫恒容低位發(fā)熱量,它與在空氣中大氣壓條件下燃燒時(shí)的恒壓低位熱量之間也有較小的差別。
d.煤的恒濕無灰基高位發(fā)熱量(Qmaf)
恒濕,是指溫度30C,相對濕度96%時(shí),測得的煤樣的水分(或叫最高內(nèi)在水分)。煤的恒濕無灰基高位發(fā)熱量,實(shí)際中是不存在的,是指煤在恒濕條件下測得的恒容高位發(fā)熱量,除去灰分影響后算出來的發(fā)熱量。
恒濕無灰基高位發(fā)熱量是低煤化度煤分類的一個(gè)指標(biāo)。
(3)煤的彈筒發(fā)熱量的測試要點(diǎn)見GB213-87。
(4)煤的高位發(fā)熱量計(jì)算
煤的高位發(fā)熱量計(jì)算公式為:
Qgr,ad=Qb,ad-95Sb,ad-aQb,ad
式中:
Qgr,ad——分析煤樣的高位發(fā)熱量,J/g;
Qb,ad——分析煤樣的彈筒發(fā)熱量,J/g;
Sb,ad——由彈筒洗液測得的煤的硫含量,%;
95——煤中每1%(0.01g)硫的校正值,J/g;
a——硝酸校正系數(shù)。 Qb,ad≤16700J/g,a=0.001
16700J/g Qb,ad>25100J/g ,a=0.0016
當(dāng)Qb,ad〉16700J/g,
或者12500J/g 可用St,ad代替Sb,ad。
?。?)煤的低位發(fā)熱量的計(jì)算
Qnet,ad=Qgr,ad-0.206Had-0.023Mad
式中:
Qnet,ad——分析煤樣的低位發(fā)熱量,J/g;
Qgr,ad——分析煤樣的高位發(fā)熱量,J/g;
Had——分析煤樣氫含量,%;
Mad——分析煤樣水分,%。
?。?)煤的各種基準(zhǔn)發(fā)熱量及其換算
a.煤的各種基準(zhǔn)得發(fā)熱量
如上所述,煤的發(fā)熱量有彈筒發(fā)熱量、高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量,每一種發(fā)熱量又有4種基準(zhǔn),所以 煤的不同基準(zhǔn)的各種發(fā)熱量有3×4=12種表示方法,即:
彈筒發(fā)熱量4種表示方式:
Qb,ad——分析基彈筒發(fā)熱量;
Qb,d——干燥基彈筒發(fā)熱量;
Qb,ar——收到基彈筒發(fā)熱量;
Qb,daf——干燥無灰基彈筒發(fā)熱量。
高位發(fā)熱量4種表示形式:
Qgr,ad——分析基高位發(fā)熱量;
Qgr,d——干燥基高位發(fā)熱量;
Qgr,ar——收到基高位發(fā)熱量;
Qgr,daf——干燥無灰基高位發(fā)熱量。
低位發(fā)熱量4種表示形式:
Qnet,ad——分析基低位發(fā)熱量;
Qnet,ar——收到基低位發(fā)熱量;
Qnet,daf——干燥無灰基低位發(fā)熱量。
b.煤的各種基準(zhǔn)的發(fā)熱量間的換算
煤的各種基準(zhǔn)的發(fā)熱量間的換算公式和煤質(zhì)分析中各基準(zhǔn)的換算公式相似。如:
Qgr,ad=Qgr,ad×(100-Mar)/(100-Mad)
Qgr,d=Qgr,ad×100/(100-Mad)
Qgr,daf=Qgr,ad×100/(100-Mad-Aad-CO2,d)
式中:
CO2,d——分析煤樣中碳酸鹽礦物質(zhì)中CO2的含量(%),當(dāng)CO2含≤2%時(shí),此項(xiàng)可略去不計(jì)
Qgr,maf=Qgr,ad×(100-M)/(100-Mad-Aad-Aad×M/100)
式中:
Qgr,maf——恒溫?zé)o灰基高位發(fā)熱量;
M——恒濕條件下測得的水分含量,%。